重慶典型地層熱物性及地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行特性.pdf

1、地源熱泵(GSHP)技術(shù)作為淺層地?zé)崮苜Y源在建筑空調(diào)應(yīng)用的主要途徑，近些年來(lái)在國(guó)內(nèi)發(fā)展迅速。由于該技術(shù)的地域性特點(diǎn)，有必要對(duì)其在重慶地區(qū)應(yīng)用的適宜性及應(yīng)用效果進(jìn)行研究。首先重慶地區(qū)地下巖層構(gòu)造主要是以砂巖、泥巖為主的基巖地質(zhì)條件，不同于平原地區(qū)的均質(zhì)土壤，其在地溫分布特性及巖土熱物性等方面存在特殊性；其次重慶地區(qū)處于典型的夏熱冬冷地區(qū)，一般空調(diào)系統(tǒng)的累積冷負(fù)荷遠(yuǎn)大于累積熱負(fù)荷，常規(guī) GSHP系統(tǒng)的應(yīng)用存在地下熱堆積問(wèn)題。本文主要針對(duì)于這

2、兩個(gè)問(wèn)題從地下?lián)Q熱到地上空調(diào)開(kāi)展了一系列相關(guān)的研究。
　　首先，本文分析了重慶基巖地質(zhì)條件下熱響應(yīng)測(cè)試持續(xù)時(shí)間對(duì)巖土導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試結(jié)果的影響。根據(jù)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，分別獲取了該地質(zhì)條件下單U和雙U工況下適宜的測(cè)試持續(xù)時(shí)間以及數(shù)據(jù)處理時(shí)應(yīng)舍棄的初始小時(shí)數(shù)。其中，測(cè)試持續(xù)時(shí)間分別宜達(dá)到60h和50h，舍棄的初始小時(shí)數(shù)分別不宜超過(guò)20h和10h。此外，還對(duì)連續(xù)兩次熱響應(yīng)測(cè)試間隔時(shí)間較短，導(dǎo)致第二次測(cè)試時(shí)地溫未完全恢復(fù)至初始地溫的問(wèn)題進(jìn)行了

3、研究。將線熱源疊加法用于第二次測(cè)試數(shù)據(jù)的分析處理，并和采用常規(guī)線熱源擬合方法處理的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明線熱源疊加法對(duì)解決該問(wèn)題有很好的適用性。
　　其次，本文通過(guò)在GSHP系統(tǒng)的埋管區(qū)域建立地溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在GSHP系統(tǒng)投入使用前，獲取了原始地溫場(chǎng)在時(shí)間和空間上的分布，明確了重慶地區(qū)地下溫度全年的周期性變化規(guī)律和幅度，以及地溫隨深度的變化規(guī)律，并據(jù)此劃分出了變溫帶(0~15m)和恒溫帶(15m以下)。然后從理論上分析了地下溫度場(chǎng)的

4、形成原因，并通過(guò)數(shù)值模擬的方式對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證。在 GSHP系統(tǒng)投入使用后，分析了地下溫度場(chǎng)所發(fā)生的變化。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，由于空調(diào)系統(tǒng)的冷負(fù)荷大于熱負(fù)荷，導(dǎo)致地溫呈波動(dòng)上升的趨勢(shì)。但由于地層的不均勻分布，導(dǎo)致不同深度的地溫變化幅度不同。隨后根據(jù)實(shí)際地層分布，建立了非均質(zhì)的鉆孔埋管模型，并通過(guò)CFD模擬熱響應(yīng)測(cè)試工況，分析了地溫變化所受到的巖土導(dǎo)熱系數(shù)分布的影響。
　　另外，對(duì)該GSHP系統(tǒng)的運(yùn)行特性進(jìn)行了監(jiān)測(cè)分析，測(cè)試參數(shù)包括進(jìn)出水溫

5、度、運(yùn)行功率和能效比等。測(cè)試得到的2013年和2014年的系統(tǒng)季節(jié)平均制冷能效比分別為3.01和2.91，系統(tǒng)供熱能效比為2.59。分析得出由于地下熱堆積引起的地溫上升，使系統(tǒng)的制冷性能存在衰減。通過(guò)TRNSYS軟件建立了該GSHP系統(tǒng)模型，并通過(guò)對(duì)比埋管出水溫度和地溫變化幅度對(duì)系統(tǒng)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。然后使用該模型模擬了系統(tǒng)運(yùn)行20年的性能表現(xiàn)，結(jié)果表明系統(tǒng)性能衰減嚴(yán)重。
　　最后，針對(duì)該地源熱泵系統(tǒng)存在的地下熱堆積問(wèn)題，對(duì)其進(jìn)行冷